蒸发结晶设备分析

蒸发过程的基本概念
按照分子运动学说，当液体受热时，靠近加热面的分子 不断地获得动能。当一些分子的动能大于液体分子之间 的引力时，这些分子便会从液体表面逸出而成为自由分 子，此即分子的汽化。
加热蒸汽(生蒸汽) 二次蒸汽 单效蒸发 多效蒸发
一、 蒸发方式分类
1、按使用压力分类
加压、常压、真空
2、按蒸汽利用分类
优缺点
优点：浓缩物料时间短，对热 敏性物料影响小。 缺点：不适宜粘度大和受热后 易积垢及浓缩后产生结晶的物 料。
(2) 降膜式蒸发器
二次蒸汽
2 1
加热蒸汽 冷凝器
完成液
进 料
图 11-7升 膜 式 蒸 发 器 1-蒸发器 2-分离器
加热 蒸汽
料液
3 1
2
二次 蒸汽
完成液
图11-8 降膜式蒸发器 1-蒸发器 2-分离器 3-液体分离器
升膜式蒸发器的传热系数
升膜式蒸发的传热系数是不稳定的，它 是随操作状况而变化。一条加热管中出现成 膜过程有几个阶段，各阶段的传热系数各不 相同。管子下部浸没溶液的一段为加热段， 内部液体只靠自然对流循环，故它的传热系 数很低，加热段的长度随进料温度和温度差 不同而变化。物料受热后，沸腾传热系数也 得到很大的提高，但传热系数是随管子高度 而变化的。
齿形溢流口
在加热管的上方管口周 边切成锯齿形，以增加液体 的溢流周边。当液面稍高于 管口时，则可以沿周边均匀 地溢流而下，由于加热管管 口高度一致，溢流周边比较 大，致使各管子间或管子的 各向溢流量比较均匀。当液 位稍有差别时，不致引起很 大的溢流差别，但当液位差 别比较大，液位高度有变化 时，深液分布还是不够均匀
在减压下进行的蒸发称真空蒸发，发酵工业一般采 用真空蒸发，它具有以下优点：
（１）降低物料的沸腾温度， （２）提高热源与物料间的温度差，加速蒸发过程； （３）为二次蒸汽的利用创造条件，可采用双效、多效真空蒸发 （４）蒸发器损失于外界的热量较小。
概பைடு நூலகம் (Introduction)
蒸发过程：将含有固体溶质的稀溶液加热沸腾进行浓缩，以 获得固体产品或制取溶剂。蒸发过程实际上是不挥发性的溶 质和挥发性的溶剂分离的过程。
蒸发器主要由加热室及分离器组成。 1、循环型蒸发器（非膜式） 溶液都在蒸发器中作循环流动，因而可提高 传热效果。 （1）中央循环管式蒸发器 中间有一根直径很大的管子，称为中央循环 管。
由于中央循环管单位体积溶液 占有的传热面比其他加热管内单 位溶液占有的要小，溶液汽化较 少，因而加热管内形成的汽液混 合物的密度就比中央循环管中溶 液的密度小，从而使蒸发器中的 溶液形成中央循环管下降、而由 其他加热管上升的循环流动。
2
液面
2
液面
1
（ a）
1
液面
1
（ b）
3
料
料
液
液
（ c）
1 （ d）
图 11-9 降 膜 蒸 发 器 的 液 体 分 布 器 1-加 热 管 2-导 流 管 3-旋 液 分 配 头
旋液导流器（图a 螺纹导流管，图d 切线进料旋流棒）齿形溢流口（图c)，导流棒（图b)；
升膜、降膜式蒸发器的比较
升膜式蒸发器：成膜方便，不存在液体分 配不匀的问题，但是不适合粘度大的液体 浓缩 降膜式蒸发器：成膜均匀度不如升膜式， 适合粘度较高的物料浓缩。
（1） 升膜式蒸发 器
结构:加热室由许多垂 直长管组成 加热室由许多垂直长管 组成， 加 热 管 直 径 为 25-50mm ， 管长和管径之比约为 100-150。 上部有汽液分离室。
特点:形成的液膜与蒸发的气流的方 向相同，由下而上的并流上升
升膜式蒸发时膜的形成
升膜式蒸发时膜的形成
A、B溶液沸腾自然对流运动加 热阶段:温度升得越高对流越激 烈，溶液便开始沸腾时，产生 蒸汽气泡分散于连续的液相中。 由于蒸汽气泡的密度小，故气 泡通过液体而上升。
C、液相因混有蒸汽气泡，使 液体静压头下降，液体继续受 热，温度不断升。气泡增大， 气体上升的速度则加快。
D、当气泡继续增大形成 柱状，占据管子中部的大 部分空间时，气体以很大 的速度上升，而液体受重 力作用沿气泡边缘下滑.
E、液体下降较多时，大 个柱状汽泡则被液层截 断。
f.温度继续上升，蒸发速度继续 增加，气泡的上升速度激增，蒸 汽的密度增大，由于重力作用， 滑流下来的液体很快受热蒸发， 未蒸发的浓缩液体也被高速气流 拖带上升，气泡断层不能形成， 蒸气占据了整个管子中部空间， 液体只能分布于管壁，开始形成 液膜，这时称为“环形流”。
g.变成带有液体雾沫的喷雾环形 流液体的上升是靠高速蒸汽气 流对液层的拖带而形成，称之 为“爬膜”现象。这时液膜沿 管壁上升不断受热蒸发，浓度 不断增大，最后与蒸汽一齐离 开，管子越高则上升蒸发时间 越长，溶液浓缩越大。
A操作控制在Ｆ和ｇ之间 g
h 如果汽速进一步 增加，雾沫夹带进 一步严重，使液膜 上升的速度赶不上 溶液蒸发速度，则 加热管上的液膜将 会出现局部被干燥、 结疤、结垢、结焦 等现象。可见管膜 式蒸发的操作状况 最好是形成爬膜到 出现喷雾流之间。
单效、多效、热泵
3、按设备型式分类
中央循环管式、夹套式、盘管式、刮 板式
4、按物料启动情况分类
自然循环、强制循环、薄膜式
二、蒸发设备的要求
1、充足的加热热源，以维持溶液的沸腾和补充 溶剂汽化所带走的热量。 2、保证溶剂蒸汽，即二次蒸汽的迅速排除。 3、一定的热交换面积，以保证传热量。
三、常用蒸发设备结构
第十章 蒸发和结晶设备
第一节 蒸发设备 第二节 结晶设备
第一节、蒸发设备
在发酵工业中，蒸发操作常用于将溶液浓缩至一定 的浓度，使其他工序更为经济合理。
蒸发与结晶之间最大区别在于，蒸发过程溶质没有 发生相变，而结晶过程是溶质的结晶析出。生物工业中 的蒸发浓缩操作,通常溶液中具有生物活性的物质，或 对温度较为敏感的物质，应特别注意。
（2）悬筐式蒸发器
（3）外加热式蒸发器 （4）列文式蒸发器
除了上述自然循环蒸发器外，在蒸发粘度大，易 结晶和结垢的物料时，还常用到强制循环蒸发器。
2、单程型蒸发器 （沸点 、操作时间 ）
主要特点是：溶液在蒸发器中只通过加热室一次，不 作循环流动即成为浓缩液排出。溶液通过加热室时， 在管壁上呈膜状流动，故习惯上又称为液膜式蒸发 器。